近年来，青藏高原经历了显著的变暖，1980-2013年来青藏高原增暖的速率是北半球平均的2倍，而这种增暖趋势又会为热浪的发生提供有利条件。青藏高原上的热浪会对冰川水资源和生态系统造成严重威胁，理解高原热浪的发生机制并预估其未来变化，有助于从减缓和适应的角度来科学应对其不利影响。
2022年7月，一场大范围破纪录的热浪袭击了青藏高原海拔5000米以上的区域，一些地区的日最高温度异常超过了4℃。已有很多工作对2022年同时期发生在长江流域的热浪进行研究，但关于青藏高原热浪的物理机制尚少有探讨。
8月20日，中国科学院大气物理研究所LASG国家重点实验室博士研究生桂可心与其所在团队师生合作在Weather and Climate Extremes上发表文章，指出强烈的陆气耦合加强了2022年夏季发生在青藏高原海拔5000米以上的热浪事件，进一步地，作者团队预估了未来陆气耦合对高原热浪发生概率的影响。
“环流相似法”常被用于计算大气环流对高温热浪的贡献，它通过寻找历史上与目标日期相似的大气环流型，再对相似环流型下的温度场进行合成来量化大气环流对极端温度事件的贡献。作者将此方法分别应用到青藏高原地区的大气环流和土壤湿度上，发现二者分别可以解释2022年高原极端高温事件强度的44.40%和55.57%。羌塘高原的高“土壤湿度-温度”耦合指数和该区域热浪期间显著提高的潜热通量与土壤湿度的相关关系，反映了土壤湿度反馈在此次高原热浪当中发挥着重要作用。
该研究还使用了由第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）提供的陆面反馈模式试验（LFMIP-pdLC）作为敏感性试验与历史试验进行对照，其中LFMIP-pdLC试验固定土壤湿度为气候态月平均，因此两组试验的差异体现的是土壤湿度-大气相互作用的影响。将“环流相似法”分别应用于以上两组试验，结果表明在与2022年高原热浪发生时的大气环流一样的条件下，考虑了陆气耦合过程的LFMIP-pdLC试验中热浪的强度显著高于历史试验。因此，模式结果进一步证实了陆气耦合加强2022年高原热浪强度的结论。
作者进一步把工作延伸到未来预估，发现陆气耦合会显著提高温度变率和极端高温事件发生的概率。在全球增暖的背景下，没有陆气耦合情况下极端高温的升温速率只比全球增暖速率快0.33℃/℃，而在存在陆气耦合情况下，极端高温的升温速率比全球增暖速率快0.62℃/℃。因此，在气候变化导致极端温度增速快于全球平均温度增速的背景下，陆气耦合还会使青藏高原极端高温的增速再增加一倍。
中国科学院大气物理研究所博士研究生桂可心为论文第一作者。该研究受国家自然科学基金“青藏高原地球系统基础科学中心项目”（41988101）和第二次青藏科考项目（2019QZKK0102）资助。
论文引用：
Gui, K., Zhou, T., Zhang, W., Zhang, X., 2024. Land-atmosphere coupling amplified the record-breaking heatwave at altitudes above 5000 meters on the Tibetan Plateau in July 2022. Weather and Climate Extremes 45, 100717. https://doi.org/10.1016/j.wace.2024.100717
图1大气环流和土壤湿度对2022年青藏高原热浪的贡献。(a) 随机抽样日、相似大气环流日和相似土壤湿度日对应的日最高温度异常的分布。(b, d) 相似大气环流日 (b) 和相似土壤湿度日 (d) 对应合成的日最高温度异常与热浪期间日最高温度异常的比率。(c) 2022年5-9月土壤湿度异常和日最高温度异常的超前滞后相关。
图2 极端高温的未来变化。(a) 不同增温水平下青藏高原表面气温的概率密度函数分布，蓝色和粉色分别表示固定土壤湿度试验和耦合试验的结果。(b) 以1-4℃增温为自变量的耦合试验和固定土壤湿度试验中表面气温的90百分位数的变化。
